Хайтек-производство дома
Чувак дома на коленках делает вполне промышленные партии плат по SMD-технологии, причем самостоятельно построил самодельный SMD-расстановщик (вот его работа на видео), принтер паяльной пасты и еще всякие агрегаты. Ахренеть не встать. Чтобы вы поняли, о чем идет речь:
Вот так выглядят платы из очередной партии. Всего 120 плат, 4140 компонентов:
Все, кто имеет дело с разработкой электроники (и сочувствующие) привыкли, что мелкая SMD «рассыпуха» — конденсаторы, резисторы и прочие детали, как правило поставляются в пластиковых или бумажных перфорированных лентах в катушках. На производстве ленты заправляются в специальные питатели, которые вставляются в расстановщики компонентов. При этом размер самих компонентов постоянно уменьшается, и сейчас в производстве в ходу компоненты типоразмера 01005.
Сами можете прикинуть — как такими оперировать вручную. В нашей оборонке реально сидят бабы и под микроскопами пинцетом ставят эти детальки на платы, процент брака и стоимость результирующих изделий сами можете представить, а всё от того, что начальство душит жаба купить SMD-робот, хотя бы китайский. Ну потому что деньги на мерцедес геленваген АМГ себе под задницу нужнее.
А тут чувак сам сделал нужных роботов. И гонит серии прямо в собственной спальне. Нет, я нихрена не шучу:
Фото снято на широкоугольный объектив, поэтому картинка сильно искажена, зато все влезло в один кадр.
Справа на столе стоит расстановщик SMD компонентов и 3D принтер. Было бы чуть больше места — стоял бы еще и фрезер по металлу, а еще чуть больше — и лазерный гравер, но увы, с местом пока не очень, так что пока живу без фрезера и гравера.
Вот запись мастера от 25 июля 2016 года:
Впервые я его использовал «по-серьезному», для потокового производства плат. До этого я делал лишь небольшие тестовые «партии», причем постоянно приходилось исправлять какие-то косяки, непрерывно следить за процессом и т.п. Сейчас же мне удалось все настроить до такой степени, что я практически со спокойной душой оставлял аппарат работать без присмотра и шел готовить ужин, например. Результат мне очень понравился. Да, недочеты были, в основном — проблемы с захватом компонентов по разным причинам, буду до отлаживать — всякая ерунда по большей части. Однако, решение проблем занимало не много времени, большую часть времени аппарат работал как надо. В итоге за 6 часов расставлено и спаяно 47 плат. Вручную бы я их умер бы расставлять. Итоговая эффективная скорость составила 266 компонентов в час (мгновенная около 500). Это учитывая замену плат, периодическую рекалибровку, решение всех косяков и т.п. При этом аппарат работал в фоне, я занимался своими делами, подготовкой новых и запеканием расставленных плат.
Конечно, до скорости промышленных аппаратов (десятки тысяч компонентов в час) тут далеко, но и цели достичь таких скоростей не ставилось. Итоговая скорость позволяет мне за 2-3 дня закрыть потребность в производстве плат на пару месяцев вперед, поэтому скорее всего станок я уже не буду как-то особо модернизировать и улучшать, а оставлю работать как есть.
Для тех, кто не в курсе, как паяются платы с SMD компонентами — небольшой ликбез. Перед тем как установить пустую плату в станок — на нее через специальный трафарет наносится паяльная паста, представляющая собой смесь флюса и мельчайших(десятки микрон) шариков припоя. По консистенции она напоминает что-то типа пластилина. Отверстия в трафарете расположены в тех местах, где собственно должна производиться пайка ножек деталей к плате. Затем станок просто расставляет детали на плату, причем т.к. паяльная паста довольно липкая — они сравнительно надежно фиксируются к плате. После этого плата помещается в специальную печь, где хитрым образом нагревается. При этом припой в пасте плавится, слипается и припаивает ножки деталей к плате.
Ключевой агрегат в системе — это расстановщик. Теоретически это простой двухкоординатный робот с вакуумной головкой, который присасывает детальку из ленты к соплу, а потом ставит ее на нужное место на плате. Но прикол состоит в том, что тут нельзя обойтись движением по координатам — детальки в ленте размещены с некоторыми смещениями, и платы тоже могут иметь неточности. Поэтому используются системы технического зрения (в данном станке — дешевенькие камеры от видеонаблюдения, и простой ноутбук в качестве системы распознавания обюразов и управления сервоприводами), при помощи которых необходимая точность достигается буквально «по месту». Вот вам иллюстрация:
Это тестовая расстановка резисторов. Сверху — компонент просто берется вакуумной головкой с ленты и ставится на место. Снизу — используется видеокамера, которая смотрит снизу на головку со взятой деталью, и корректирует как поворот головки, так и уточняет координаты (ведь деталь могла присосаться не только с некоторым поворотом, но еще и с линейным смещением). Разница — очевидна.
Заодно эта же камера убеждается, что головка вообще взяла деталь с ленты. Если не взяла — взятие можно повторить, а если снова не получается, то можно как-то отреагировать, либо позвав оператора, либо промотав ленту до следующей детали. Естественно, и на деталь в ленте головка нацеливается техническим зрением. И потом на плату — тоже.
А вот как у этого чувака сделан подаватель ленты с деталями:
Чисто механическая конструкция. Протяжка ленты происходит за счет нажатия головкой робота-расстановщика на рычаг подавателя. При этом подаватель максимально узкий, он лишь немногим шире ленты с деталями (собственно, товарищу удалось уложиться в ширину катушки с лентой) — это важно, чтобы уместить рядом с рабочим полем компактного робота максимальное разнообразие лент с разными деталями. И да — детали подавателя напечатаны на 3D-принтере, это важно, поскольку подавателей нужно много, и делать каждый вручную — геморойно.
Чтобы вы оценили элегантность конструкции — вот вам серийный подаватель ленты от промышленного SMD-робота:
А вот вам один из сбоев при расстановке:
Головка присосала комара. Это практически невероятное стечение обстоятельств — либо клапан закрыт и сопло ничего не притягивает, либо к соплу притянута деталька. Комар мог попасться только в тот момент, когда по какой-то причине не состоялось захватывание детальки из ленты, что случается весьма редко. Кадр как раз с нижней камеры.
Когда ставятся многие тысячи деталей, бывает и такое.